Superior Energy Density Achieved in Unfilled Tungsten Bronze Ferroelectrics via Multiscale Regulation Strategy

材料科学 陶瓷 四方晶系 储能 钙钛矿(结构) 极化(电化学) 光电子学 复合材料 工程物理 冶金 晶体结构 化学工程 功率(物理) 结晶学 热力学 化学 物理 物理化学 工程类
作者
Haonan Peng,Zhen Liu,Zhengqian Fu,Kai Dai,Zhongqian Lv,Shujing Guo,Zhigao Hu,Fangfang Xu,Genshui Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (17) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/advs.202300227
摘要

Abstract The most promising candidates for energy storage capacitor application are relaxor ferroelectrics, among which, the perovskite structure ferroelectric ceramics have witnessed great development progress. However, less attention has been paid on tetragonal tungsten bronze structure (TTBS) ceramics because of their lower breakdown strength and polarization. Herein, a multiscale regulation strategy is proposed to tune the energy storage performances (ESP) of TTBS ceramics from grain, domain, and macroscopic scale. The enhanced relaxor behavior with dynamic polar nanodomains guarantees low remanent polarization, while the refined grains and enlarged bandgap ensure increased breakdown strength. Hence, excellent ESP is realized in unfilled TTBS Sr 0.425 La 0.1 □ 0.05 Ba 0.425 Nb 1.4 Ta 0.6 O 6 (SLBNT) ceramics with an ultrahigh recoverable energy density of 5.895 J cm −3 and a high efficiency of 85.37%. This achievement notably surpasses previous studies in TTBS ceramics and is comparable to that of perovskite components. Meanwhile, the energy density exhibits a wide temperature, frequency, and cycling fatigue stability. In addition, high power density (257.89 MW cm −3 ), especially the ultrafast discharge time ( t 0.9 = 16.4 ns) are achieved. The multiscale regulation strategy unlocks the energy storage potential of TTBS ceramics and thus highlights TTBS ceramics as promising candidates for energy storage, like perovskite structured ceramics.
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